直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計開題報告
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0開題報告1.本課題的研究內(nèi)容、重點(diǎn)及難點(diǎn)研究內(nèi)容直流電動機(jī)因其良好的起動性能和調(diào)速性能而得到廣泛的應(yīng)用。直流電動機(jī)在社會的應(yīng)用很廣泛,常應(yīng)用于對起動和調(diào)速有較高要求的場合,例如在工礦、交通、醫(yī)療、工業(yè)自動化等等行業(yè)。利用單片機(jī)控制直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速往往可以提高系統(tǒng)的可靠性,抗干擾能力,維修方便,能耗低,性價比高等特點(diǎn)。直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)主要應(yīng)用常應(yīng)用于對起動和調(diào)速有較高要求的場合,其良好的起動性能、調(diào)速性能和制動性能而在高鐵、工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。因此研究直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制的原理有著很大的現(xiàn)實(shí)意義。本課題的研究內(nèi)容是基于單片機(jī)控制直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)要求采用閉環(huán)反饋控制。直流電動機(jī)初始速度為零,并且通過液晶屏顯示速度。本課題的研究內(nèi)容主要有以下幾個方面:(1) 研究直流電動機(jī)的工作原理;(2) 研究直流電動機(jī)的測速原理;(3) 研究直流電動機(jī)的閉環(huán)反饋控制;(4) 研究如何利用單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)定轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)采集,反饋處理數(shù)據(jù);(5) 研究直流電動機(jī)的閉環(huán)反饋控制減少轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)誤差;(6) 研究直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的硬件。研究重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn):(1)直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計,使基本硬件電路能滿足初始速度為零,額定負(fù)載時,單位階躍響應(yīng)超調(diào)量<5%,轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)誤差<±5%;(2)選擇合適的測速元件,更能精準(zhǔn)的測出直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速;(3)正確設(shè)計轉(zhuǎn)速的程序,其偏差按某種控制算法進(jìn)行計算,所得數(shù)字量輸出信號經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換接口直接驅(qū)動執(zhí)行裝置,對控制對象進(jìn)行調(diào)節(jié),使其保持在設(shè)定值上。難點(diǎn):(1)利用數(shù)字 PID 技術(shù)實(shí)現(xiàn)對直流電動機(jī)的閉環(huán)控制;(2)如何合理單片機(jī)程序,使之能精確測量出直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速;(3)如何減少額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)誤差。12.準(zhǔn)備情況(查閱過的文獻(xiàn)資料及調(diào)研情況、現(xiàn)有設(shè)備、實(shí)驗(yàn)條件等)研究概況及發(fā)展趨勢(1)直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)研究概況 [1-3]在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中,直流電動機(jī)是很重要的驅(qū)動設(shè)備。在航空航天、工業(yè)自動化等行業(yè)對對起動和調(diào)速有較高要求的場合,直流電動機(jī)是很常用的控制對象。隨著科技的發(fā)展,促進(jìn)和改變了直流電動機(jī)調(diào)速控制逐漸的從模擬向數(shù)字化發(fā)展,特別是在單片機(jī)應(yīng)用中,促進(jìn)了直流電動機(jī)調(diào)速控制技術(shù)走向了一個全新的階段,更加的智能化和提高可靠性已成為了必定發(fā)展的趨勢。與交流電動機(jī)調(diào)速相對比,直流電動機(jī)調(diào)速控制的原理比較簡單。僅僅只要改變直流電動機(jī)的電壓就可以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)。通常改變電壓的方法有很多種,最常見的是采用脈沖寬度調(diào)制(PWM) ,調(diào)節(jié)電動機(jī)的電樞電壓的占空比就能控制直流電動機(jī)的平均電壓,從而調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。(2)國內(nèi)的發(fā)展趨勢 [4-9]在我國,電動機(jī)的生產(chǎn)和起步都比較晚,但是發(fā)展非常的迅速。在 1966 年中電動機(jī)已經(jīng)開始生產(chǎn)和應(yīng)用,如江蘇、南京等地都有產(chǎn)生,并且在各行各業(yè)中都有使用,所有半導(dǎo)體器件的驅(qū)動電路基本都是國產(chǎn)化,伴隨著改革開放的步伐,80 年代直流電動機(jī)在我國發(fā)展很迅速。在小功率電動機(jī)中,經(jīng)過了 40 多年的發(fā)展,特別在改革開放的 20 多年來的快速發(fā)展,取得了很大的進(jìn)步。在我國,小功率電動機(jī)的發(fā)展可以分為兩個階段,第一階段,順應(yīng)我國家電也發(fā)展的需要,應(yīng)用于風(fēng)扇、空調(diào)、洗衣機(jī)、排煙機(jī)、保健等產(chǎn)品的小功率電機(jī),國內(nèi)的企業(yè)通過技術(shù)引進(jìn)、設(shè)備引進(jìn)吸收、已經(jīng)縮小了同發(fā)達(dá)國家的距離,有部分的產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)的水平,企業(yè)有了很多的自主研發(fā)的能力、自主知識產(chǎn)權(quán),同時也形成了一些國內(nèi)外知名的品牌。電機(jī)產(chǎn)品自身大量出口國外等國際市場,成為我國電機(jī)出口業(yè)務(wù)的主要部分。第二階段,隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展,車用小功率的需求也迅速的增長,帶動了永刷直流和無刷直流電機(jī)主題的車用功率型電機(jī)的興起。我國未來的電機(jī)發(fā)展趨勢,由于能源和環(huán)境的問題的日益重要,對于工業(yè)領(lǐng)域的主要動力設(shè)備- 中小型異步電動機(jī),國外出現(xiàn)了更高效率的所謂“超高效率電機(jī)” 。在我國也有必要考慮超高效率電機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用。超高效率電機(jī)具有節(jié)能潛力和經(jīng)濟(jì)效益,對于使用在經(jīng)濟(jì)上也是頗為有力的,具有降低損耗、提高效率等途徑。2主要參考文獻(xiàn)[1] 顧繩谷 .電機(jī)及拖動基礎(chǔ)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2010[2] 王益全 .電動機(jī)原理與實(shí)用技術(shù)[M]. 北京:科學(xué)出版社, 2005[3] 宋慶環(huán) .直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 選煤技術(shù), 2008(04):57-58[4] 胡壽送 .自動控制原理[M]. 北京:科學(xué)出版社,2013[5] 陳毅,陳伯時 .電力拖動自動控制系統(tǒng):運(yùn)動控制系統(tǒng) [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009[6]王連英.模擬電子技術(shù)[M]. 北京:高等教育出版社,2008.[7] 牛潔,周靜 .基于霍爾傳感器的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電子測試,2008, (05):74-78[9] 劉小兵,劉任慶 .電單片機(jī)在直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J]. 電氣開關(guān),2008, (04):54[9] 張濤,張曉宇,王輝俊 .基于 PWM 和 PID 的直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與制作[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2014, (33):134-138[10] Neyram H,Ming C,Leu A.Complete model characterization of brushless DC motors[J].IEEE Transactions on Industry Application,1993,28(1):172-1803現(xiàn)有設(shè)備和實(shí)驗(yàn)條件個人計算機(jī)、51 單片機(jī)開發(fā)板、示波器、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字萬用表,開放實(shí)驗(yàn)室3.實(shí)施方案、進(jìn)度實(shí)施計劃及預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計資料實(shí)施方案本課題有三個主要問題需要解決,分別是系統(tǒng)整體設(shè)計、系統(tǒng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)誤差、系統(tǒng)程序和系統(tǒng)實(shí)物設(shè)計制作。其中,系統(tǒng)整體設(shè)計可以通過查閱相關(guān)資料和借鑒工業(yè)成品來解決;系統(tǒng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)誤差主要通過所學(xué)知識和查閱相關(guān)資料吸取總結(jié)已有經(jīng)驗(yàn),減少轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)誤差;軟件程序的設(shè)計和實(shí)物的制作與調(diào)試可以根據(jù)所學(xué)知識進(jìn)行,4對于該過程中所遇到的問題可以通過查閱相關(guān)資料,和同學(xué)討論,詢問指導(dǎo)老師,到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)等手段解決。具體如下:(1)系統(tǒng)設(shè)計基于 PWM 和 PID 的直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的原理框圖如圖 1 所示。系統(tǒng)以單片機(jī)為基礎(chǔ),根據(jù) PWM 調(diào)速的基本原理,通過改變直流電動機(jī)電樞電壓的占空比來改變平均電壓的大小,從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)對直流的平滑調(diào)速。系統(tǒng)可以通過單片機(jī)鍵盤或者電位器來控制給定速度的大小。(2)系硬件計本系統(tǒng)包括以下幾部分:以單片機(jī) AT89S52 為核心,單片機(jī)主控核心模塊,轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)采集模塊,設(shè)定和顯示模塊,功率控制輸出模塊等。AT89S52 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓,高性能CMOS8 位微處理器。系統(tǒng)首先通過鍵盤或者電位器給定轉(zhuǎn)速,然后系統(tǒng)利用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 信號,通過驅(qū)動電路控制直流電動機(jī);直流電動機(jī)通過光電編碼器反饋轉(zhuǎn)速信號供單片機(jī)采集動態(tài)轉(zhuǎn)速,與反饋轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較,進(jìn)行 PID 運(yùn)算,從而實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)速度和轉(zhuǎn)向的控制,達(dá)到直流電動機(jī)調(diào)速的目的。電流檢測可以測量電樞繞組電流大小,防止過電流。LED 顯示分別用于給定轉(zhuǎn)速和動態(tài)轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)組成如圖 2 所示:電位器給定A/D 占空比 PWM H橋 MGP1鍵盤給定轉(zhuǎn)速反饋 光電編碼器測量轉(zhuǎn)速圖 1 直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的原理框圖5AT89S52驅(qū)動電路直流電機(jī)LED 顯示圖 2 系統(tǒng)組成光電編碼器鍵盤A/D 轉(zhuǎn)換 電位給定電流檢測(3)軟件設(shè)計主程序軟件流程圖如圖 3 所示,主要完成實(shí)時性要求不高的功能,完成系統(tǒng)初始化以后,實(shí)現(xiàn)鍵盤處理、刷新顯示等功能。主程序軟件流程圖如圖 3 所示:系統(tǒng)初始化刷新顯示圖 3 程序框圖開始判斷是否有鍵按下取鍵值并處理進(jìn)度實(shí)施計劃第一階段(2 月 28 日至 3 月 6 日):方案設(shè)計,查找資料,畫出原理框架圖,提交硬件原理草圖一份。第二階段(3 月 7 日至 3 月 13 日):方案論證。第三階段(3 月 14 日至 4 月 1 日):硬件設(shè)計布局,器件選型,進(jìn)行調(diào)試。提交 PCB6圖源文件一份。第四階段(4 月 2 日至 5 月 15 日):軟件編程并與硬件進(jìn)行聯(lián)調(diào),最后提交該電路板。預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計資料1、撰寫兩萬字以上的畢業(yè)設(shè)計說明書(兼附 15 篇以上的參考文獻(xiàn)) ;在畢業(yè)設(shè)計說明書中應(yīng)包括 300~500 個單詞的英文摘要及關(guān)鍵詞;2、完成與課題相關(guān)英文資料的翻譯(約四萬英文字符,附英文全文) ;3、完成直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)開發(fā)的研究和實(shí)現(xiàn)方案;4、設(shè)計出系統(tǒng)的硬件和完成相應(yīng)軟件程序設(shè)計,給出必需的硬件實(shí)現(xiàn)原理圖;5、根據(jù)課題任務(wù)與要求,完成可供演示的功能樣機(jī)。指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師:年 月 日開題小組意見開題小組成員簽字: 年 月 日院系審核意見院系主管領(lǐng)導(dǎo)簽字:年 月 日- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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